蘋果iPad Pro上用的ToF技術是什麼?

2021-01-18 OFweek維科網

蘋果的產品總是發布的悄無聲息,受疫情影響,原本計劃好的蘋果春季發布會開不成了,便悄悄在官網上架了iPad Pro、MacBook Air 和 Mac mini 等數款新品。

其中最受人關注的當屬iPad Pro,其功能模塊跟大多數iPad產品一樣,真正讓iPad Pro成為黑科技的,不是背後的浴霸雙攝,而是攝像頭旁搭載的dToF雷射雷達。iPad Pro也成為了蘋果首款應用ToF技術的產品。

可能很多人並不了解什麼是ToF,ToF是Time of flight的簡寫,直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像,是通過給目標連續發送光脈衝,然後用傳感器接收從物體返回的光,通過探測光脈衝的飛行(往返)時間來得到目標物距離。

ToF測距方法屬於雙向測距技術,它主要利用信號在兩個異步收發機(Transceiver)(或被反射面)之間往返的飛行時間來測量節點間的距離。傳統的測距技術分為雙向測距技術和單向測距技術。

在信號電平比較好調製或在非視距視線環境下,基於RSSI(Received Signal Strength Indication,接收的信號強度指示)測距方法估算的結果比較理想;在視距視線環境下,基於ToF距離估算方法能夠彌補基於RSSI距離估算方法的不足。

ToF又分為iToF(間接飛行時間)和dToF(直接飛行時間),兩者之間的原理主要區別在於發射和反射光。

iToF是間接測量時間的一種方法,大部分的間接測量方案都是採用了測相位偏移的方法,即發射的正弦波與接收的正弦波之間的相位差,飛行時間t,也即距離Z,是關於相位差的函數,因此可以解出Z,上述所說的正弦波:橫坐標是時間,縱坐標是光強。正是由於基於正向偏壓的光電二極體以及其測量電路的時間解析度比較低,為了避免各種因素的幹擾才採用測量相位偏移的方法來達到低於硬體系統時間解析度的效果。

而dToF是直接測量飛行時間。ToF最初就是希望能直接測量時間來對應距離,但能達到ps級解析度的測量系統成熟的較慢,即SPAD+TDC。SPAD single photon avalanche diode,單光子雪崩二極體,這是一種能在ps級的時間內產生響應電流的器件,其工作原理是採用反向偏壓的光電二極體,使其工作在超過擊穿電壓而尚未擊穿的很小的一個電壓範圍內,此時的二極體處在非常敏感的工作區間,因此只要有微弱的光信號即可引發其產生雪崩電流,相應速度極快。

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